ผ่านลำแสงเลเซอร์ โพลาไรเซชันของอะตอมเป็นไปได้ เพื่อให้พวกมันกลายเป็นประจุบวกที่ด้านหนึ่งและอีกด้านหนึ่งมีประจุลบ เป็นผลให้พวกมันถูกดึงเข้าหากัน ทำให้เกิดสถานะพันธะพิเศษที่อ่อนแอกว่าการเชื่อมโยงระหว่างอะตอมสองอะตอมในโมเลกุลเฉพาะอย่างมีนัยสำคัญ แต่ยังสามารถวัดปริมาณได้ ลำแสงเลเซอร์ซึ่งเปรียบได้ว่าเป็น "โมเลกุล" ของแสงและสสาร ในลักษณะหนึ่งทำให้อะตอมโพลาไรซ์มีพลังในการดึงดูดซึ่งกันและกัน
ปรากฏการณ์นี้ได้รับการคาดหมายในทางทฤษฎีมานานแล้ว แต่นักวิจัยที่ มหาวิทยาลัยอินส์บรุค และศูนย์วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีควอนตัมเวียนนา (VCQ) ที่ TU เวียนนา ประสบความสำเร็จในการวัดการเชื่อมต่ออะตอมที่ผิดปกตินี้เป็นครั้งแรก พวกเขาสร้างสถานะพันธะที่พิเศษมากระหว่างอะตอมในห้องปฏิบัติการเป็นครั้งแรก ปฏิสัมพันธ์นี้สามารถใช้เพื่อจัดการกับอะตอมที่เย็นจัดและอาจส่งผลต่อการก่อตัวของโมเลกุลในอวกาศ
Prof. Philipp Haslinger ซึ่งงานวิจัยของ Atominstitut ที่ TU Wien ได้รับการสนับสนุนจากโครงการ FWF START กล่าวว่า “ในอะตอมที่เป็นกลางทางไฟฟ้า นิวเคลียสของอะตอมที่มีประจุบวกจะถูกล้อมรอบด้วยอิเล็กตรอนที่มีประจุลบ ซึ่งล้อมรอบนิวเคลียสของอะตอมเหมือนกับก้อนเมฆ หากคุณเปิดสนามไฟฟ้าภายนอก การกระจายประจุนี้จะเปลี่ยนไปเล็กน้อย”
“ประจุบวกจะเคลื่อนไปทางหนึ่งเล็กน้อย ประจุลบจะเคลื่อนไปทางอื่นเล็กน้อย จู่ๆ อะตอมก็มีขั้วบวกและขั้วลบ”
การสร้างเอฟเฟกต์โพลาไรซ์ด้วยแสงเลเซอร์นั้นเป็นไปได้ เนื่องจากแสงเป็นเพียง สนามแม่เหล็กไฟฟ้า ที่เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว แสงจะโพลาไรซ์อะตอมทั้งหมด (เมื่อวางติดกัน) ในลักษณะเดียวกัน คือ ขั้วบวกทางซ้ายและขั้วลบทางขวา หรือกลับกัน ในทั้งสองกรณี อะตอมที่อยู่ใกล้เคียงสองอะตอมจะเปลี่ยนประจุที่แตกต่างกันเข้าหากัน ทำให้เกิดแรงระหว่างกัน
Mira Maiwöger จาก TU Wien ผู้เขียนคนแรกของสิ่งพิมพ์กล่าวว่า “นี่เป็นแรงดึงดูดที่อ่อนแอมาก ดังนั้นคุณต้องทดลองอย่างระมัดระวังเพื่อที่จะสามารถวัดมันได้ ถ้าอะตอมมีพลังงานมากและเคลื่อนที่อย่างรวดเร็ว แรงดึงดูดจะหายไปทันที นี่คือเหตุผลว่าทำไมจึงใช้กลุ่มเมฆของอะตอมเย็นจัด”
Mira Maiwöger จาก TU Wien ผู้เขียนคนแรกของสิ่งพิมพ์กล่าวว่า “นี่เป็นแรงดึงดูดที่อ่อนแอมาก ดังนั้นคุณต้องทดลองอย่างระมัดระวังเพื่อที่จะสามารถวัดมันได้ ถ้าอะตอมมีพลังงานมากและเคลื่อนที่อย่างรวดเร็ว แรงดึงดูดจะหายไปทันที นี่คือเหตุผลว่าทำไมจึงใช้กลุ่มเมฆของอะตอมเย็นจัด”
นักวิทยาศาสตร์ใช้เทคนิคในการดักจับอะตอมและทำให้อะตอมเย็นลงในกับดักแม่เหล็กบนชิปอะตอม จากนั้นอะตอมจะถูกปล่อยออกมาอย่างอิสระหลังจากปิดกับดัก แม้จะเป็น "อุณหภูมิที่เย็นจัด" ซึ่งมีอุณหภูมิต่ำกว่าหนึ่งในล้านของเคลวิน แต่เมฆอะตอมก็มีพลังงานมากพอที่จะเติบโตในช่วงฤดูใบไม้ร่วง อย่างไรก็ตาม การเติบโตของเมฆอะตอมนี้จะช้าลงหากอะตอมถูกโพลาไรซ์ด้วยลำแสงเลเซอร์ในช่วงนี้ ทำให้เกิดแรงดึงดูดระหว่างกัน นี่คือวิธีวัดแรงดึงดูด
Matthias Sonnleitner ผู้วางรากฐานทางทฤษฎีสำหรับการทดลองกล่าวว่า “การโพลาไรซ์อะตอมแต่ละอะตอมด้วยลำแสงเลเซอร์ไม่ใช่เรื่องใหม่ อย่างไรก็ตาม สิ่งสำคัญเกี่ยวกับการทดลองของเราคือเราประสบความสำเร็จเป็นครั้งแรกในการทำให้อะตอมโพลาไรซ์หลายอะตอมร่วมกันด้วยวิธีที่มีการควบคุม ทำให้เกิดแรงดึงดูดที่วัดได้และน่าดึงดูดใจระหว่างพวกมัน”
ฟิลิปป์ ฮาสลิงเกอร์ กล่าวว่า, “แรงดึงดูดนี้เป็นเครื่องมือเสริมในการควบคุมอะตอมเย็น แต่อาจมีความสำคัญในทางฟิสิกส์ดาราศาสตร์ด้วยเช่นกัน ในอวกาศอันกว้างใหญ่ กองกำลังขนาดเล็กสามารถมีบทบาทสำคัญได้ ที่นี่ เราสามารถแสดงให้เห็นเป็นครั้งแรกว่าการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าสามารถสร้างแรงระหว่างอะตอมได้ ซึ่งอาจช่วยให้เกิดแสงสว่างใหม่เกี่ยวกับสถานการณ์ทางฟิสิกส์ดาราศาสตร์ที่ยังไม่มีคำอธิบาย”
การอ้างอิงวารสาร:
- มิรา ไมวอเกอร์, แมทเธียส ซอนน์ไลเนอร์ และคณะ การสังเกตแรงไดโพล-ไดโพลที่เหนี่ยวนำด้วยแสงในก๊าซอะตอมเย็นจัด สรีรวิทยา รายได้ X 12, 031018 – เผยแพร่ 27 กรกฎาคม 2022 ดอย: 10.1103/PhysRevX.12.031018
